JPH07108805B2 - 高熱間強度・高耐スポール性マグネシア・カーボンれんが - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属容器の内張り
材として使用されるマグネシア・カーボンれんがに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＭｇＯを主成分としたマグネシア・カー
ボンれんがは、優れた耐スポール性、耐スラグ浸食性を
有しており、転炉，ステンレス鋼溶製炉などの溶融金属
容器の内張り材として広く使用されている。

【０００３】しかし、マグネシア・カーボンれんがの使
用条件は、それを適用する転炉，ステンレス鋼溶製炉な
どにおける精錬温度の上昇、二次燃焼比率の上昇、さら
には溶融還元やスクラップ溶解などの新しい操業方法の
採用によって著しく過酷なものとなっている。

【０００４】このような条件下においては、マグネシア
・カーボンれんがに必要とされる特性は、スラグなどに
対する高い耐食性と共に耐スポーリング性も不可欠の具
備特性である。

【０００５】耐スポール性については、特開昭６２−５
６３５４号公報にはカーボンの粒度や添加量の調整によ
る向上が記載されており、特開昭５８−２０４８６６号
公報にはピッチ添加との関係が、特開昭６２−９５５３
号公報にはカーボン質ファイバーの配合による効果が開
示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この耐スポ
ーリング性の向上のための手段は、れんがの低かさ比
重、低弾性率化等による低強度化をもたらし、溶鋼流に
対する耐磨耗性やスクラップ投入などによる物理的衝撃
に対する抵抗性を極端に低下させる問題点がある。

【０００７】最近の転炉，ステンレス鋼溶製炉などの溶
融金属容器の内張り材として使用されるマグネシア・カ
ーボンれんがは、強度と耐スポール性のバランスが重要
であり、耐スポーリング性を向上させるために強度を犠
牲にすることは実際の使用上好ましくない。

【０００８】本発明の目的は、上記の過酷な条件下で
も、強度と耐スポール性のバランスがとれ、充分な耐用
性を有するマグネシア・カーボンれんがを提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、各種のカー
ボン材料を検討した結果、ある種のメソフェイズカーボ
ンが有効であることを見出し、これを使用することによ
って上記目的を達成したもので、黒鉛を３〜２５重量％
と、Ａｌ, Ｍｇ, Ｃａ, Ｓｉの中の一種または二種以上
からなる金属または合金粉末を０．５〜７重量％と、残
部がＭｇＯ系耐火性骨材からなる配合物中に、ピッチを
熱処理して得られるメソフェイズ球体サイズ５０μｍ以
下、メソフェイズ含有量５０％以上、揮発分が３０％以
下であるメソフェイズカーボン粉末を１〜１０％含有す
ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】カーボン材料を大きく分類すると、コークスの
ような易黒鉛化炭素と、樹脂の炭化物（チャー）のよう
な難黒鉛化炭素に分けられる。これらは、その弾性的特
徴から各々ソフトカーボン、ハードカーボンとも呼ばれ
る。

【００１１】本発明者らは、コークス生成時に経由する
軟化溶融状態で見られる炭素質メソフェイズに注目し
た。石油系、または石炭系のピッチを加熱するとフリー
カーボンや炭化水素類がある配列性をもって集合し、光
学的異方性を有する液晶を生成する。マイクロメソフェ
イズと呼ばれる数μｍから数１０μｍの大きさの球体で
ある。これをさらに加熱すると微小な小球が合体し、バ
ルクメソフェイズと呼ばれる塊を形成する。さらにバル
クメソフェイズは炭化によりコークスとなる。本発明者
らはマイクロメソフェイズがバルクメソフェイズに合体
する過程で強い結合作用を発現することに注目し、耐火
物の強度付与材としての使用を試みた。その結果、マイ
クロメソフェイズは強度向上に効果があると同時に弾性
率の向上を抑制することにより耐スポーリング性も向上
することを発見した。

【００１２】以下、本発明の要件について説明する。

【００１３】マイクロメソフェイズは加熱により合体
し、バルクメソフェイズになる前の段階のものを使用す
る必要がある。このために熱処理温度は３００〜５００
℃であることが必要であり、メソフェイズの合体が進行
して球体サイズが大きくなる前の段階を規定するため
に、球体サイズは５０μｍ以下とした。熱処理が過度に
なるとメソフェイズの合体が進行し、バルクメソフェイ
ズがすでに生成してしまい、耐火物に使用する段階にお
いてバルクメソフェイズ生成過程の結合作用が十分に発
揮されない。

【００１４】メソフェイズ含有量５０％以上、揮発分３
０％以下としたのは、メソフェイズの精製が不十分でメ
ソフェイズ含有量が少ない場合、ピッチに起因する揮発
分が増加し、れんがを熱処理する際に気孔を形成し、組
織を脆弱化するためである。本発明でいうメソフェイズ
カーボンは、熱間では光学的異方性を持つ液晶である
が、室温に冷却すると固体であり、メソフェイズ球体が
凝集した粒子として利用することができる。凝集粒子サ
イズは数μｍから数千μｍまで任意に選択できる。

【００１５】このメソフェイズカーボン粉末は少量でも
効果があるが、過剰に使用するとれんがの充填性の低
下、カーボン本来の耐摩耗性の低さ、溶鋼への溶解など
の問題があり、使用料は１〜１０％の範囲が適当であ
る。

【００１６】黒鉛粉末は天然または人造黒鉛で、できる
だけ高純度のものが望ましいが、３重量％より少ないと
耐スポール性と耐スラグ浸潤性の点で劣り、２５重量％
より多いと配合の充填性が極めて低下する。

【００１７】Ａｌなどの添加金属は０．５重量％より少
ないと、強度・耐酸化性などの点で劣り、７重量％より
多いと特に耐スポール性の点で劣る。

【００１８】使用する骨材はできるだけ高純度であるこ
とが好ましく、マグネシアクリンカーは、電融品，焼成
品などが使用可能であるが、ペリクレース結晶径の大き
いものが望ましい。

【００１９】

【実施例】表１に示す原料組成にそれぞれ液状のフェノ
ール系バインダーを適量添加して混練、真空フリクショ
ン成形後、乾燥（９０℃×２４ｈｒ）、硬化処理（２５
０℃×１０ｈｒ）を施してマグネシア・カーボンれんが
を得た。

【００２０】ここで、マグネシアクリンカーとしては電
融マグネシアと焼結マグネシアを併用し、黒鉛としては
天然黒鉛を使用し、メソフェイズカーボンとしては球体
サイズ４０μｍ、メソフェイズ含有量５０％、揮発分４
０％のものを使用した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１中の比較例に示すように、メソフェイ
ズカーボンの添加量が規定量の範囲外であると実施例に
比較して熱間強度・耐スポーリング性が劣る。

【００２３】次に、表１の結果より、メソフェイズカー
ボンの添加量５％をベースに表２に示す原料組成のもの
を前述と同様の製造条件により、マグネシア・カーボン
れんがを得た。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２より、黒鉛量、Ａｌ量が所定量以外の
添加量ではその効果が認められないことが判る。

【００２６】また、本発明に示すメソフェイズカーボン
粉末に関して、ピッチの熱処理温度、メソフェイズ球体
サイズ、メソフェイズ含有量、揮発分を特定した根拠を
図１〜図４に示す。図中、▲は熱間曲げ強さを示し、△
は見掛け気孔率を示す。

【００２７】実施例１をベースとして、メソフェイズカ
ーボンの各条件を変化させて得られるれんがについて熱
間強度を測定した結果であり、上記ピッチの熱処理温
度、メソフェイズ球体サイズ、メソフェイズ含有量、揮
発分において、各々の条件を満たすための範囲が存在す
ることが判る。

【００２８】以上より、表１〜表２の実施例に示したマ
グネシア・カーボンれんがは総合的に熱間強度・耐スポ
ーリング性が向上する結果が得られた。

【００２９】

【発明の効果】本発明によって、技術的に困難であった
熱間強度・耐スポーリング性の両特性を同時に向上させ
ることが可能になり、マグネシア・カーボンれんがの耐
用性が向上できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 供試配合物におけるピッチの熱処理温度と熱
間曲げ強さとの関係を示す。

【図２】 メソフェイズ粒径と熱間曲げ強さとの関係を
示す。

【図３】 メソフェイズ含有量と熱間曲げ強さ、見掛け
気孔率との関係を示す。

【図４】 揮発分含有量と熱間曲げ強さ、見掛け気孔率
との関係を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉田 浩輔 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 井上 裕文 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 黒鉛を３〜２５重量％と、Ａｌ, Ｍｇ,
   Ｃａ, Ｓｉの中の一種または二種以上からなる金属また
   は合金粉末を０．５〜７重量％と、残部がＭｇＯ系耐火
   性骨材からなる配合物中に、ピッチを熱処理して得られ
   るメソフェイズ球体サイズ５０μｍ以下、メソフェイズ
   含有量５０％以上、揮発分が３０％以下であるメソフェ
   イズカーボン粉末を１〜１０％含有する高熱間強度・高
   耐スポール性マグネシア・カーボンれんが。